CN106049397A - 一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，包括以下步骤：1）进行钻孔的预钻，并埋设护臂套筒；2）对钻孔的下段进行注浆，并使之形成短桩加固体；3）注浆完成后拔起护臂套筒，在形成短桩加固体的钻孔内安装分层沉降仪；4）安装完毕后，校正分层沉降仪的读数，并于三天后开始填筑施工和观测。本发明克服现有分层沉降仪安装时必须放置于浅层基岩上的局限性，能够在深厚的中压缩性或低压缩性的土层中安装分层沉降仪的施工方法，该施工方法能够解决分层沉降仪因自重发生额外沉降导致观测结果失真的难题，从而使分层沉降仪在深厚的中压缩性或低压缩性的土层中使用时，也能得到真实有效的观测数据。

Description

一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体是指一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法。

背景技术

分层沉降仪是一种地基原为测试仪器，他适用于测量地基、基坑、堤防等底下各分层沉降量。根据测试数据变化，可以计算沉降趋势，分析其稳定性，监控施工过程等。与高精度钻孔测斜仪配合使用，是地基原位监测较理想的设备。

现有广泛用于地基土体分层沉降监测的分层沉降仪是一种利用电磁感应原理测量岩土体位移的精密传感装置，通过钻孔预埋，可在路基、建筑等上部结构施工中与施工后长期观测土体分层沉降。目前应用性较广的主要有锚固-滑动型和磁环-探头型等，其主要原理如图1所示，位移传感器管体放入孔中后，拉动分层沉降仪顶部钢丝，使滑动式抓土器弹出固定在土体上，同时为防止上部路基荷载直接施加在监测仪器顶部，在钻孔口设置金属保护板，金属保护板与仪器顶部保持一定距离(0.5m～1m)。在工作状态下，要求仪器的串联管体下端保持稳定不发生过大沉降，否则管体沉降会使监测结果负向移动，沉降过大时甚至导致传感器脱离待测土层，从而导致测量结果失真。

目前科研设计领域多采用此类分层沉降仪进行监测研究，西南地区的深厚中地压缩性土分布广泛，因此在观测中，由于地基总沉降较小，在无法钻至基岩时以坚硬土层持力的情况下，也会因管底的少量 沉降增大测量误差，不便于结果整理分析，对于人力和物力往往造成极大的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服现有分层沉降仪安装时必须放置于浅层基岩上的局限性，能够在深厚的中压缩性或低压缩性的土层中安装分层沉降仪的施工方法，该施工方法能够解决分层沉降仪因自重发生额外沉降导致观测结果失真的难题，从而使分层沉降仪在深厚的中压缩性或低压缩性的土层中使用时，也能得到真实有效的观测数据。

本发明通过下述技术方案实现：一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，包括以下步骤：

(1)在需要安装分层沉降仪的位置进行钻孔，并在钻孔内埋设护臂套筒；

(2)对钻孔的下段进行注浆，并使之形成短桩加固体；

(3)注浆完成后拔起护臂套筒，在形成短桩加固体的钻孔内安装分层沉降仪；

(4)安装完毕后，校正分层沉降仪的读数，并于三天后开始填筑施工和观测。

本发明的工作原理为，采用在钻孔安装时对钻孔上段加设套筒护壁，在钻孔下段进行注浆，形成短桩加固体的方法形成稳定性接近于基岩的持力层。通过严密计算注浆量、短桩加固体设计长度，桩体承载力、桩体在仪器荷载及自重荷载下的沉降量，合理控制施工环节， 来实现成桩后，仪器不因自重发生额外沉降导致观测结果失真，从而达到令观测结果数据真实有效目的。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，在进行所述步骤(1)前，还包括前期的准备工作，前期的准备工作包括收集安装分层沉降仪土层的地质勘探报告，以及使用的分层沉降仪的相关技术参数，并通过不少于三组的室内试验，确定水泥浆标准试块的立方体单轴抗压强度。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(2)中，对钻孔进行注浆的过程，包括以下步骤：

(2.1)根据实际情况，设计合理的注浆施工参数，并以设计的注浆施工参数作为实际施工的参考值；

(2.2)制作并安装注浆装置；

(2.3)向钻孔内注浆，当已达到或接近相应的设计注浆参数时，停止注浆；

(2.4)注浆完成后，在20min内回收注浆装置，1h后，下放重锤测绳测量有效孔深，并记录形成短桩加固体的长度。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(2.1)中，具体的注浆施工参数为，使用普通硅酸盐水泥净浆为注浆材料，注浆压力不大于0.5MPa，注浆水灰比为1：0.55，注浆速度不大于50L/Min。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(2.2)中的注浆装置包括压力泥浆泵与注浆管，所述压力泥浆泵设有从浆液池抽取浆液的进浆管，以及与注浆管相连通的出浆管，所述注浆管置于钻 孔内。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述进浆管上还设有流量计，所述出浆管上还设有压力表，且出浆管中部还设有通入浆液池的排浆管。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述注浆装置还包括搭设在钻孔口的三角架，所述三角架吊装有引导钢筋，所述引导钢筋通过至少两根焊接管与注浆管相固定，且引导钢筋与注浆管一起置于钻孔内。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述引导钢筋上还均匀排布有将注浆管绑扎固定的固定环。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(3)中，在形成短桩加固体的钻孔内安装分层沉降仪的具体过程，包括以下步骤：

(3.1)在钻孔口安装固定台架；

(3.2)吊将分层沉降仪第一层的分层沉降仪通过固定绳悬吊于台架上；

(3.3)在固定好的第一层分层沉降仪上方安装固定PVC延长管或第二层分层沉降仪；

(3.4)在将固定绳固定在PVC延长管或第二层分层沉降仪上，并拆掉固定在第一层分层沉降仪上的固定绳，引导第一层分层沉降仪缓慢下降；

(3.5)重复上述步骤，直至第一层分层沉降仪接触短桩加固体顶端；

(3.6)在最上层分层沉降仪顶端与地基面预留50cm空间高度，在钻孔口安装短护筒；

(3.7)一次性张拉各层分层沉降仪的抓土锚钉，将传感器固定于土层中；

(3.8)回填细砂填充管壁与孔壁间隙，加金属圆板，并掩埋做好现场保护。

为更好的实现本发明的方法，进一步地，所述台架主要由钢筋或三角钢焊接构成。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明方法以在安装孔孔底注浆成短桩形式，形成刚性持力层，防止因观测仪器自重而发生沉降导致观测结果失真的现象，打破了现有分层沉降仪在在深厚压缩性土层中安装的局限性，扩大了分层沉降仪的使用范围；

(2)本发明方法以在安装孔孔底注浆成短桩形式，形成刚性持力层，避免观测仪器自重而发生沉降，保证观测结果数据真实有效，提高工作研究效率和准确度；

(3)本发明方法在一定程度上防止底部泥沙及涌水，保证地基内部易发生水土侵蚀的工作环境下的耐久性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变更为明显：

图1为分层沉降仪在土体中使用的原理图；

图2为注浆装置的结构示意图；

图3为钻孔注浆时的俯视图；

图4为注浆管的平面结构示意图；

图5为安装分层沉降仪的安装结构示意图；

图6为注浆体长度与仪器管底理论沉降关图；

图7为试验路基中心1孔分层沉降仪读数与填高关系；

图8为试验路基中心2孔分层沉降仪读数与填高关系。

其中：101—土体，102—持力层，103—地基面，104—保护板，105—分层沉降仪，106—抓土锚钉，107—滑动槽，108—位移传感器管体；201—压力泥浆泵，202—压力表，203—流量计，204—进浆管，205—排浆管，206—引导钢筋，207—固定环，208—注浆管，209—浆液池，210—钻孔，211—焊接管；301—台架，302—固定绳，303—分层沉降仪，304—地基面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

为使本发明的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白，结合以下实施实例，对本发明作进一步详细说明。此处所描述的具体实施实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所要解决的技术问题是解决现有分层沉降观测仪器安装 时必须放置于浅层基岩上的局限性，提供了一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，该方法在深厚均匀土层中以孔底注浆形成的短桩加固体结构替代基岩持力层的分层沉降观测仪的减沉，可广泛应用于深厚均匀土层中的分层沉降观测仪器安装埋设，保证其观测结果数据真实性和有效性。

该方法包括以下步骤：

(1)在需要安装分层沉降仪的位置进行钻孔，并在钻孔内埋设护臂套筒；

(2)对钻孔的下段进行注浆，并使之形成短桩加固体；

(3)注浆完成后拔起护臂套筒，在形成短桩加固体的钻孔内安装分层沉降仪；

(4)安装完毕后，校正分层沉降仪的读数，并于三天后开始填筑施工和观测。

实施例1：

本实施例为进一步完善本发明的方法，在进行所述步骤(1)前，增设前期的准备工作的具体内容，前期的准备工作包括收集安装分层沉降仪土层的地质勘探报告，以及使用的分层沉降仪的相关技术参数，并通过不少于三组的室内试验，确定水泥浆标准试块的立方体单轴抗压强度。

其中需要收集地勘报告及仪器厂家所出具的仪器说明书等资料，掌握仪器尺寸、总重、土层侧摩阻力qu、端阻力qp、标准贯入试验所测得的土体压缩模量Esi等设计参数，不少于三组的室内试验，确 定水泥浆标准试块的立方体单轴抗压强度。

其中，短桩加固体沉降公式如下：

$s={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\frac{{\mathrm{\σ}}_{zi}}{E_s}{\mathrm{hz}}_i+s_e;$

${\mathrm{\σ}}_{zi}=\frac{Q_j}{l_j^2}\[{\mathrm{\α}}_j{I}_p+(1-{\mathrm{\α}}_j)I_{rs}\];$

$s_e={\mathrm{\ξ}}_e\frac{Q_j{l}_j}{E_c{A}_{ps}};$

其中：S为分层沉降仪总沉降(mm)，S_e为短桩加固体压缩量(mm)，E_s为土体压缩模量(Mpa)，σ_zi为短桩加固桩端Z深度平均附加应力(Kpa)，α_j为端阻力与仪器总重之比，I_p为端阻力对下卧土层影响系数，I_rs为侧阻力对下卧土层影响系数，Q_j为仪器总重(KN)，ζ_e为短桩加固桩身压缩系(0.6)，I_j为短桩加固桩体长(m)，E_c为C15混凝土弹性模量(2.2Mpa)，A_ps为桩端面积(m²)。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步对钻孔进行注浆的过程做了进一步详细描述，包括以下步骤：

(2.1)根据实际情况，设计合理的注浆施工参数，并以设计的注浆施工参数作为实际施工的参考值；其中，具体的注浆施工参数为，使用普通硅酸盐水泥净浆为注浆材料，注浆压力不大于0.5MPa，注浆水灰比为1：0.55，注浆速度不大于50L/Min；

(2.2)制作并安装注浆装置；

(2.3)向钻孔内注浆，当已达到或接近相应的设计注浆参数时，停止注浆；

(2.4)注浆完成后，在20min内回收注浆装置，1h后，下放重锤测绳测量有效孔深，并记录形成短桩加固体的长度。

注浆过程如下：

经过理论分析及多次试验验证，采用每100KN仪器自重增加0.37m桩长，最低桩长不小于1.1m。

注浆管制作与安装：将注浆管固定于Φ18mm热轧螺纹钢筋上作为注浆引导钢筋，以便下放和注浆时保证注浆管保持竖直，引导钢筋长度超过孔深长度不小于100cm。注浆管底部超出引导钢筋30cm，顶部宜高出地面50cm。管间采用套管密封连接，每隔1m要与钢筋绑扎固定，保证其竖直度，且不得碰撞。注浆管用2根内径为18mm，壁厚为2mm的焊接管固定在引导钢筋上，如附图和引导钢筋一起下放到孔底。

注浆管开塞：成桩后应立即清孔，冲洗沉渣，并用清水对注浆管进行开塞，开通注浆管路。开塞时，压力由小渐渐加大，当压力突然变小，说明已开通，便停止注水，开塞结束，将顶管密封好。

注浆施工：开始孔底注浆。注入过程中，应以之前计算的设计注浆量为严格参考值，注浆压力一般来说都是由小渐渐增大，当发现已达到或接近设计注浆量对应的注浆终压时，应停止注浆。因为本方法用于中低压缩性深厚粘土层，基本不存在浆液向土层过度渗透的问题，因此不需反复多次注浆。注浆完成后应于20min内回收引导钢筋与注浆管，待1h后，下放重锤测绳测量有效孔深，并记录注浆短桩加固桩体长度。

合理的注浆工艺是实现注浆目的的保证。所以，埋设孔位不宜过密，否则注浆易出现临孔周边冒浆现象。同时，浆液在孔底地基过度扩散凝结，会影响被监测地基的正常沉降，从而影响监测结果。因此相临的埋设孔距离不应小于2m。

注浆时监理要做到全过程旁站，对单孔注入的水泥量全程监控，并于注浆量达标后20min内及时起拔注浆引导钢筋，回收注浆管。

日平均温度低于5℃或最低温度低于-3℃的条件下注浆时，应在施工现场采取措施，保证浆液不冻结。

浆体应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始压注，并应在注浆过程中不停缓慢搅拌，搅拌时间应小于浆液初凝时间。浆液在泵送前应经过筛网过滤。

水温不得超过30～35℃；并不得将盛浆桶和注浆管路在注浆体静止状态暴露于阳光下，防止浆液凝固。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了注浆装置的结构，如图2所示，注浆装置包括压力泥浆泵201与注浆管208，所述压力泥浆泵201设有从浆液池209抽取浆液的进浆管204，以及与注浆管208相连通的出浆管，所述注浆管208置于钻孔210内；所述进浆管204上还设有流量计203，所述出浆管上还设有压力表202，且出浆管中部还设有通入浆液池209的排浆管205。

注浆装置还包括搭设在钻孔口的三角架，如图2，图3所示，所 述三角架吊装有引导钢筋206，所述引导钢筋206通过至少两根焊接管211与注浆管208相固定，且引导钢筋206与注浆管208一起置于钻孔210内，所述引导钢筋206上还均匀排布有将注浆管208绑扎固定的固定环207。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步公开了注浆管208的具体结构，如图4所示，注浆管208端部加工一段落长为20cm的尖型喷头，其底部用防水胶布封死，侧部钻两排直径6mm的注浆孔，梅花形布置，且用防水胶带包裹严实，避免泥浆进入管内而堵塞。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了步骤(3)中，在形成短桩加固体的钻孔内安装分层沉降仪的具体结构，如图5所示，以及安装的具体过程，包括以下步骤：

(3.1)在钻孔口安装固定台架301；

(3.2)吊将分层沉降仪第一层的分层沉降仪通过固定绳302悬吊于台架301上；

(3.3)在固定好的第一层分层沉降仪303上方安装固定PVC延长管或第二层分层沉降仪303；

(3.4)在将固定绳固定在PVC延长管或第二层分层沉降仪303上，并拆掉固定在第一层分层沉降仪303上的固定绳，引导第一层分层沉降仪303缓慢下降；

(3.5)重复上述步骤，直至第一层分层沉降仪303接触短桩加固体顶端；

(3.6)在最上层分层沉降仪顶端与地基面304预留50cm空间高度，在钻孔口安装短护筒；

(3.7)一次性张拉各层分层沉降仪的抓土锚钉，将传感器固定于土层中；

(3.8)回填细砂填充管壁与孔壁间隙，加金属圆板，并掩埋做好现场保护。

在孔口放置由钢筋或三角钢焊接形成的台架，台架承载力按下式计算：

F＝1.2(NG+T)

其中F为简易台架承载力，N为分层沉降监测仪个数，G为分层沉降仪单个自重，T为连接用的PVC延长管总重。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例6：

本实施例应用于具体现场工程分析，以深厚压缩性土层中进行施工的具体实施过程如下，

地基勘探条件：

试钻孔20m未见基岩。预计分层监测深度为5m路基填高为3.0m每孔设计自上而下续接埋设5个串联传感器。预钻工程孔孔径110mm。根据当该地区勘察报告以及仪器参数，可将试验孔尺寸及主要物理力学参数，见下表。

根据仪器自重及土层力学参数，根据《建筑地基基础设计规范GB-5007--2011》推荐的规范法分层总和计算仪器管底沉降，可得埋设5个串联监测传感器情况下，未加固.孔底的单孔仪器总沉降为12.6mm。

如图6所示，加固体模量较大，相对而言，仪器自重产生的混凝土体压缩量随桩长增长不明显。而随着桩长增加，桩体自重逐渐接近仪器自重，增大桩长反而使管底观测偏差增大，当超过1.4m加固深度后，将超过未加固的仪器管底理论总沉降。由于沉降观测仪器的精度较高，因此要尽量避免桩端混凝土自重沉降增大，取低于Mindlin理论所考虑的长细比最低值，则设计取每100KN仪器自重孔底加固0.37m，短桩加固体总长不低于1.1m。根据《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》的桩基沉降计算方法，可计算得设计短桩加固体在仪器自重荷载下沉降约1.31mm。

根据理论分析结果，试验设计两组仪器，第一组孔底为天然土层，钻至指定深度后起拔护臂套筒安装分层沉降仪。另一孔多预钻1.1m，按本发明工法严格实行施工流程，填筑3m高土质路基，进行不少于一个月的对比观测，观测频率为1次/天。

如图7，试验路基中心1孔的观测沉降值发展缓慢，不符合路基填筑施工期的一般沉降规律

如图8所示，试验路基中心2孔所观测分层沉降曲线比较符合路基地基施工期的一般规律，观测所得沉降曲线经历瞬时沉降进入到固结沉降稳步发展。这是由于分层沉降仪器所观测读取的是相对管底固定端的沉降，如管底发生较大沉降，则在待测土体沉降时，仪器管体下同步移动，导致相对沉降读数大幅降低，直至管底沉降稳定并小于待测土体沉降时，观测读数才会有明显增长的可能。

由于该场地为中低压缩性土地区，在低矮路堤加载下总沉降较小，且固结时间较长。因此在试验路基中心1孔观测试验中，由于仪器自重直接加载在孔底，在观测结果中表现为仪器不断下沉，且下沉速率超过各层土体在路基加载下的分层沉降。而试验路基中心2孔经过孔底加固，持力层承载力较高。从而在观测数据趋势来看，孔底未因仪器自重产生较大沉降，从而很好的保证的数据的可靠性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在需要安装分层沉降仪的位置进行钻孔，并在钻孔内埋设护臂套筒；

(2)对钻孔的下段进行注浆，并使之形成短桩加固体；

(3)注浆完成后拔起护臂套筒，在形成短桩加固体的钻孔内安装分层沉降仪；

(4)安装完毕后，校正分层沉降仪的读数，并于三天后开始填筑施工和观测。

2.根据权利要求1所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，在进行所述步骤(1)前，还包括前期的准备工作，前期的准备工作包括收集安装分层沉降仪土层的地质勘探报告，以及使用的分层沉降仪的相关技术参数，并通过不少于三组的室内试验，确定水泥浆标准试块的立方体单轴抗压强度。

3.根据权利要求1或2所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对钻孔进行注浆的过程，包括以下步骤：

(2.1)根据实际情况，设计合理的注浆施工参数，并以设计的注浆施工参数作为实际施工的参考值；

(2.2)制作并安装注浆装置；

(2.3)向钻孔内注浆，当已达到或接近相应的设计注浆参数时，停止注浆；

(2.4)注浆完成后，在20min内回收注浆装置，1h后，下放重锤测绳测量有效孔深，并记录形成短桩加固体的长度。

4.根据权利要求3所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述步骤(2.1)中，具体的注浆施工参数为，使用普通硅酸盐水泥净浆为注浆材料，注浆压力不大于0.5MPa，注浆水灰比为1：0.55，注浆速度不大于50L/Min。

5.根据权利要求3所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中的注浆装置包括压力泥浆泵与注浆管，所述压力泥浆泵设有从浆液池抽取浆液的进浆管，以及与注浆管相连通的出浆管，所述注浆管置于钻孔内。

6.根据权利要求5所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述进浆管上还设有流量计，所述出浆管上还设有压力表，且出浆管中部还设有通入浆液池的排浆管。

7.根据权利要求5或6所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述注浆装置还包括搭设在钻孔口的三角架，所述三角架吊装有引导钢筋，所述引导钢筋通过至少两根焊接管与注浆管相固定，且引导钢筋与注浆管一起置于钻孔内。

8.根据权利要求7所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述引导钢筋上还均匀排布有将注浆管绑扎固定的固定环。

9.根据权利要求1或2所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在形成短桩加固体的钻孔内安装分层沉降仪的具体过程，包括以下步骤：

(3.1)在钻孔口安装固定台架；

(3.2)吊将分层沉降仪第一层的分层沉降仪通过固定绳悬吊于台架上；

(3.3)在固定好的第一层分层沉降仪上方安装固定PVC延长管或第二层分层沉降仪；

(3.4)在将固定绳固定在PVC延长管或第二层分层沉降仪上，并拆掉固定在第一层分层沉降仪上的固定绳，引导第一层分层沉降仪缓慢下降；

(3.5)重复上述步骤，直至第一层分层沉降仪接触短桩加固体顶端；

(3.6)在最上层分层沉降仪顶端与地基面预留50cm空间高度，在钻孔口安装短护筒；

(3.7)一次性张拉各层分层沉降仪的抓土锚钉，将传感器固定于土层中；

(3.8)回填细砂填充管壁与孔壁间隙，加金属圆板，并掩埋做好现场保护。

10.根据权利要求9所述的一种在深厚压缩性土层中安装分层沉降仪的施工方法，其特征在于，所述台架主要由钢筋或三角钢焊接构成。